傾角傳感器在輸電線路覆冰監測中的應用

冒國龍 黃良 殷蔚翎 虢韜 盧金科 朱彬 莊紅軍 郭莉薩

摘 要：由于局部微地形微氣象區域造成風偏角、線路拉力傾角測量不準確的現狀，本文利用雙軸高分辨率雙向測量，采用修改濾波電容方法，對傾角測量值及上電時間、功耗進行修正，并通過實際案例分析優化傾角測量后模型計算結果與人工觀冰進行比對，驗證了本文優化傾角測量方法能夠提高耐張塔覆冰厚度計算準確性。

關鍵詞：傾斜角度；等值覆冰厚度；功耗；比對

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.150

0 引言

2008年冰災以后，為增強南方電網抵御低溫冰凍雨雪等重大自然災害的能力，南方電網在組織抗冰救災的同時，積極開展輸電線路抗冰融冰等研究工作[1]。從2009年至今，雖然覆冰監測系統能夠實時了解線路覆冰情況，但在覆冰厚度計算方面仍然存在一定的誤差。造成覆冰監測系統準確率仍然不高的現狀，主要是由于某些關鍵技術沒有解決，比如局部微地形微氣象區域絕緣子串傾角、風偏角測量不準確等。

本文利用高精度雙軸傾角傳感器，對現有覆冰監測系統傾角測量進行修正，并根據修正后傾角計算出的覆冰厚度值與現有系統監測結果進行比對，通過本文的研究能夠提升監測終端冰情監測準確性，減少現場人工觀冰的工作量。

1 現有監測系統覆冰厚度計算模型

如圖1所示為現有覆冰監測系統中耐張絕緣子串受力分析，AC段表示無風時的耐張絕緣子串，AD段則表示有風時的耐張絕緣子串。風偏方向為垂直于順線方向所在平面ABC并處于平面ACD內的方向。對懸掛點A進行受力分析，容易得到圖中三個力大小關系為[2]：

其中，θ為風偏角，F為有風偏角時拉力傳感器測量值，Tp為無風時拉力傳感器測量值，Fw為風力。從上述計算模型可以看出，風偏角、拉力測量值均依賴于傾角測量的準確程度。

2 傾角傳感器原理

本文傾角測量采用VTI公司的SCA100T，該芯片提供了兩種傾角測量模式，即模擬方式和數字方式。數字方式獲取到的傾角值準確度和分辨率能夠滿足南網測試規范對傾角傳感器的要求，故本處采集使用數字式。同時，該傾角傳感器具有一定的優勢特性：XY雙軸高分辨率雙向測量、內置溫度傳感器和溫度補償等，傾角測量芯片通過濾波電路將測量數據以數字方式傳輸至處理單元，最后通過RS485總線方式發給主控器。

3 傾角傳感器上電穩定性改進

由于傾角傳感系統上電會造成一定的系統功耗，因此本文利用修改濾波電容方法來縮減濾波電路穩定時間，進而減少傾角上電耗時，降低功耗。在室溫條件下，采樣頻率1Hz，依次改變不同角度進行測試，讀取溫度補償瞬時值，來測試修改后濾波電路上電穩定時間。根據實驗測試結果顯示，修改濾波電路后，角度上電10s后穩定角度在0.02°-0.03°范圍內波動，可以通過軟件濾波來進行修正調整。可以看出傾角濾波電路修改后能夠減少角度穩定時間，進而減少了傾角傳感器上電工作時間可以實現降低傾角子機功耗的目的。

4 實例分析

為了驗證本文所提出的傾角測量方式的優勢，利用貴州省畢節局市110kV畢朝線耐張塔覆冰監測終端實際測量拉力值數據。對比分析覆冰監測終端實際測量等值覆冰厚度值，以及經過本文傾角優化后重新計算同時間下覆冰厚度。表2為A相線人工觀冰統計情況，經過相對誤差計算得出，修正后結果與人工觀冰之間的平均相對誤差為2.84%，更加接近于真實水平。

5 結論

本文通過覆冰監測 現有耐張塔計算模型進行分析，提出了優化傾角測量、傾角上電功耗改進思路，并通過實際案例分析優化傾角測量后模型計算結果與人工觀冰進行比對，主要有以下結論：傾角濾波電路修改后能夠減少角度穩定時間，進而減少了傾角傳感器上電工作時間實現降低傾角子機功耗的目的；傾角優化后的覆冰厚度計算結果更加接近于真實水平。

參考文獻：

[1]黃新波，歐陽麗莎，王婭娜等.輸電線路覆冰關鍵影響因素分析[J].高電壓技術，2011，37（07）：1677-1682.

[2]李昊，傅闖，劉旭等.南方電網架空輸電線路覆冰監測系統及其運行分析[J].陜西電力，2013，41（04）：20-23.

基金項目：電網公司科技項目（基于導線運動狀態識別的傾角法輸電線路覆冰監測技術：GZDKY-18-029）

作者簡介：冒國龍（1990-），男，貴州人，碩士，從事輸電線路工程。